DE602004012381T2 - METHOD FOR THE TIME AND FREQUENCY RANGE SYNCHRONIZATION OF SEVERAL DEVICES IN A TRANSMISSION SYSTEM WITH OFDM MODULATION - Google Patents

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Abstract

A system for determining a frequency error of an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signal having a first frequency. The system includes a plurality of filters configured to output a plurality of second signals, each of the plurality of second signals corresponding to a respective one of a plurality of different frequency bands of the OFDM signal. Each of the plurality of second signals includes a corresponding synchronization symbol associated with the OFDM signal. A Fourier transform circuit is configured to receive the plurality of second signals from each of the plurality of filters and output the plurality of second signals. The system is configured to determine the frequency error of the OFDM signal based on the synchronization symbols of the plurality of second signals.

Description

ZIEL DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung, wie sie hier beschrieben ist, bezieht sich auf ein Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation (OFDM – Orthogonales Frequenzteilmultiplexen). Das Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole und die Schätzung des Frequenzfehlers in den Oszillatoren in unterschiedlichen Situationen, wie etwa in Kanälen mit einem schmalen Bandrauschen, frequenzselektiven Kanälen oder Kanälen zu verbessern, in denen die Rauschleistung mit der Frequenz schwankt. Die Anwendung dieses Verfahrens auf die Synchronisation wie auch die Ermöglichung einer gleichzeitigen Schätzung des Frequenzfehlers in der anlogen Translation und eines Frequenzfehlers in der Systemabtastung, gestattet es, dass diese Schätzungen in Situationen ausgeführt werden, in denen die klassischen Synchronisationsvorgänge keine Ergebnisse liefern.The The present invention as described herein relates to a method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system with OFDM modulation (OFDM - Orthogonal Frequency sub-division multiplexing). The aim of this procedure is to the estimation the beginning of the OFDM symbols and the estimate of the frequency error in the oscillators in different situations, such as in channels with a narrow band noise, frequency selective channels or channels in which the noise power fluctuates with the frequency. The application of this method to the synchronization as well the possibility a simultaneous estimate the frequency error in the anlog translation and a frequency error in the system scan, it allows these estimates executed in situations in which the classic synchronization operations are not Deliver results.

Weiterhin können in Fällen, in denen es möglich ist, unterschiedliche Schätzungen dieser Faktoren auszuführen, die Ergebnisse in Gestalt eines Durchschnitts oder eines gewichteten Durchschnitts kombiniert werden, um präzisere Schätzungen mit einer geringeren Abweichung vom reellen Wert zu erreichen, den man schätzen möchte.Farther can in cases, in which it is possible is, different estimates to carry out these factors the results in the form of an average or a weighted one Average combined to make more accurate estimates with a lower To achieve deviation from the real value that one would like to estimate.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Es ist erforderlich, ein Verfahren zur Synchronisation in der Mehrzahl von Telekommunikationssystemen auszuführen, um so in geeigneter Weise die Informationen zu erhalten, die von den empfangenen Signalen zum Kanal übertragen werden. Ein oder mehrere Typen der Synchronisation sind erforderlich, abhängig davon, wie die Übertragung ausgeführt wird, und von der verwendeten Modulation. Im allgemeinen ist es beim Übertragen mit Hilfe der OFDM-Modulation notwendig, eine Synchronisation der Zeit, die aus der Bestimmung des Beginns der OFDM-Signale beim Empfang besteht, und eine Synchronisation der Frequenz auszuführen, so dass die Frequenz der Oszillatoren, die für die Abtastung oder für die analoge Translation des übertragenen und empfangenen Signals verwendet werden, ausreichend eng ist.It is required, a method of synchronization in the majority of telecommunications systems, so as to be appropriate to get the information from the received signals transferred to the channel become. One or more types of synchronization are required dependent of it, how the transfer accomplished will, and the modulation used. In general it is when transmitting with the help of OFDM modulation necessary to synchronize the Time resulting from the determination of the beginning of the OFDM signals on reception and to perform a synchronization of the frequency, so that the frequency of the oscillators used for sampling or for analog Translation of the transferred and received signal is sufficiently tight.

Zahlreiche Verfahren zur Synchronisation von OFDM-Signalen sind nach dem Stand der Technik bekannt, wobei keine von diesen ausreichend sicher sind, um falsche Kennzeichnungen der Synchronisation in Punkt-zu-Mehrpunktsystemen zu vermeiden, in denen das Stromnetz die benutzte Übertragungseinrichtung ist.numerous Methods for the synchronization of OFDM signals are up to date known in the art, none of these being sufficiently safe, about false identifications of synchronization in point-to-multipoint systems avoid in which the power grid the transmission equipment used is.

Es ist hinreichend bekannt, dass die Verwendung des Stromnetzes als Übertragungseinrichtung problematisch für die Synchronisation ist, da die Verbindung-Trennung unterschiedlicher Geräte im Netzwerk Spannungsspitzen und Impedanzschwankungen in der Leitung verursachen, die bewirken, dass das Kanalansprechverhalten über die Zeit schwankt. Stoßartiges Rauschen, das im Stromnetz sehr geläufig ist, beeinträchtigt die Synchronisation zum großen Teil, da per Definition dieses ein zufälliges Rauschen ist, das eine geringe Zahl von Abtastungen beeinflusst und somit eine geeignete Erfassung der Synchronisationssequenzen behindert, wenn sie in der Zeit mit diesen Sequenzen übereinstimmen. Die Bandtrennung, wie sie in diesem Patent vorgeschlagen ist, verringert die Folgen dieses Rauschens, so dass die Möglichkeit besteht, bekannte Synchronisationsverfahren anzuwenden, die infolge der vorgeschlagenen Verbesserung optimale Verbesserungen in verrauschten Umgebungen, wie etwa dem Stromnetz bieten.It It is well known that the use of the power grid as a transmission facility is problematic for the Synchronization is because the connection-disconnection of different devices in the network Cause voltage spikes and impedance variations in the line, which cause the channel response to fluctuate over time. shock-like Noise, which is very common in the power grid, affects the Synchronization for the most part, because by definition this is a random one Noise is that affects a small number of samples and thus a suitable detection of the synchronization sequences hindered if they coincide in time with these sequences. The band separation as proposed in this patent reduces the consequences of this noise, so that there is a possibility known Synchronization method to be used as a result of the proposed Improve optimal improvements in noisy environments such as the power grid.

Unter den Synchronisationsverfahren des Standes der Technik sind jene, die im speziellen herausragen, im US-Patent No. 5732113 erläutert, das ein Verfahren der Zeitsynchronisation beschreibt, das ein einziges Synchronisationssymbol mit zwei gleichen Halbsymbolen verwendet, und in der spanischen Patenteinreichung 200.101.121 , das sich auf ein ”Verfahren für die Synchronisation im Down-Stream unterschiedlicher Verwendungen in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Übertragungssystem mit OFDM-Modulation” bezieht und das die Übertragung von zwei identischen Synchronisationssymbolen beschreibt. Die vorliegende Erfindung verbessert die Synchronisation in der Zeit- und in der Frequenzdomäne infolge der Synchronisation in unterschiedlichen Bändern und erzielt Ergebnisse mit einer geringeren Schwankung und einer besseren Anpassung auf den reellen Wert, als das, was durch Anwenden eines der zuvor erwähnten Verfahren erreicht werden kann. Weiterhin gestattet die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens die Ausführung der Synchronisation in vielen Fällen, in denen ein Rauschen in der Leitung und die Kanaleigenschaften das Erreichen eines beliebigen Ergebnisses verhindern würden, wenn ein bekanntes Synchronisationsverfahren verwendet wird.Among the synchronization methods of the prior art, those which stand out in particular are in the US Pat. 5732113 which describes a method of time synchronization using a single synchronization symbol with two equal half-symbols and in which Spanish patent application 200.101.121 which relates to a "method for synchronization in the down-stream of different uses in a point-to-multipoint transmission system with OFDM modulation" and which describes the transmission of two identical synchronization symbols. The present invention improves synchronization in the time and frequency domains due to synchronization in different bands, and achieves results with less variation and better matching to the real value than what can be achieved by applying one of the aforementioned methods , Furthermore, the application of the proposed method allows execution of the synchronization in many cases where noise in the line and channel characteristics would prevent the achievement of any result when using a known synchronization method.

Andererseits ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Filterbänke, wie etwa jene, die im Buch ”Multirate Systems and Filters Banks” von P. P Vaidyanathan, veröffentlicht von Prentice Hall 1993, bekannt sind, aber dass diese Filter nicht für die Unterteilung von Synchronisationssequenzen verwendet wurden, die für die unabhängige Erfassung in Frequenzbändern empfangen wurden, wie sie etwa in dieser Erfindung beschrieben werden, und die die beträchtliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erzielt, wie er oben beschrieben ist.on the other hand It is important to point out that the filter banks, such as such as those in the book "Multirate Systems and Filters Banks "by P. P Vaidyanathan, published from Prentice Hall 1993, are known, but that these filters are not for the Subdivision of synchronization sequences were used, the for the independent Detection in frequency bands received as described in this invention, and the considerable Improvement over achieved in the prior art, as described above.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Um die Ziele zu erreichen und die Unzulänglichkeiten zu vermeiden, die in den vorherigen Absätzen beschrieben sind, besteht diese Erfindung aus einem Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und in der Frequenzdomäne für mehrere Geräte in einem Übertragungssystem, das die OFDM-Modulation verwendet.Around to achieve the goals and avoid the shortcomings those in the previous paragraphs described, this invention consists of a method for Synchronization in the time domain and in the frequency domain for several equipment in a transmission system, that uses the OFDM modulation.

Dieses Verfahren ist auf die Zweiwegekommunikation anwendbar, die auf die Zweiwegekommunikation über das Stromnetz zwischen unterschiedlichen Geräten anwendbar ist, die mit demselben Stromnetz verbunden sind, um so eine Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole beim Empfang und des Frequenzfehlers der lokalen Oszillatoren in den Geräten zu ermöglichen, und umfasst die Erzeugung von Synchronisationssequenzen, die über das Stromnetz übertragen werden. Diese Synchronisationssequenzen werden über den denselben Kanal gesendet, der für das Senden der Daten verwendet wird, wobei der Kanal durch eine Verbindung zwischen einem Gerät und sämtlichen weiteren Geräten gekennzeichnet ist. Das Verfahren ist charakteristisch, da es die Zerlegung des empfangenen Signals umfasst, das aus den Synchronisationssequenzen und den Daten in unterschiedlichen Frequenzbändern- oder bereichen besteht. Anschließend werden die Synchronisationssequenzen jedes der Frequenzbänder durch Anwenden eines Synchronisationsalgorithmus in der Zeit erfasst, der eine Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole und des Frequenzfehlers in den lokalen Oszillatoren in jedem Frequenzband anstelle des vollständig empfangenen Signals gestattet, worin das herkömmliche Verfahren besteht.This Method is applicable to two-way communication, which is based on the Two-way communication via the power grid is applicable between different devices that with connected to the same electricity grid, so an estimate of the Beginning OFDM symbols on reception and frequency error of the local oscillators in the devices to enable and includes the generation of synchronization sequences that transmit over the power grid become. These synchronization sequences are sent over the same channel, the for the sending of the data is used, the channel being replaced by a Connection between a device and all further devices is. The procedure is characteristic, since it is the decomposition of the received from the synchronization sequences and the data is in different frequency bands or ranges. Subsequently the synchronization sequences of each of the frequency bands are passed through Applying a synchronization algorithm recorded in the time the one estimate the beginning of the OFDM symbols and the frequency error in the local oscillators in each frequency band instead of completely received signal, wherein the conventional method consists.

Es ist diesen Eigenschaften zu verdanken, dass das Verfahren eine Verbesserung der Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole und der Schätzung des Frequenzfehlers in den Oszillatoren in den Geräten in Fällen gestattet, in denen ein Schmalbandrauschen, d. h. ein Eintrittsrauschen, vorhanden ist. Im Falle einer Übertragung über einen frequenzselektiven Kanal verbessert es die Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole und verbessert es den Frequenzfehler für den Fall, dass die Rauschleistung, die dem Kanal durch das Signal hinzugefügt wird, mit der Frequenz schwankt, d. h. für den Fall, dass der Kanal farbiges Rauschen enthält. Ein weiterer der Vorteile dieses Verfahrens besteht darin, dass es die Schätzung eines Abtastfrequenzfehlers zulässt, der linear mit der Frequenz zunimmt und der nicht herkömmlich mit dem kompletten Signal geschätzt werden kann, und es die Schätzung eines Frequenzfehlers bei der analogen Translation im Bezug auf die Verwendung des vollständig empfangenen Signals für die Schätzung desselben verbessert. Es gestattet darüber hinaus die gleichzeitige Schätzung des Frequenzfehlers bei der analogen Translation und führt die Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole wie auch die Berechnung des Frequenzfehlers in der Abtastung aus, wenn er in zwei oder mehr Frequenzbändern oder -bereichen erfasst wird, einschließlich in Fällen, bei denen die Verwendung eines vollständigen Signals kein Ergebnis liefert. Schließlich vereinfacht das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Verbesserung der Ergebnisse der Schätzung des Beginns des OFDM-Signals und des Frequenzfehlers für den Fall, dass die Erfassung der Synchronisationssequenz in mehr als einem Frequenzband erreicht wird, mit Hilfe des Kombinierens der Schätzung, die man in jeder Frequenz erhält und mit Hilfe eines Durchschnitts oder einer gewichteten durchschnittlichen linearen Regression.It is due to these properties that the process is an improvement the estimate the beginning of the OFDM symbols and the estimate of the frequency error in the oscillators in the devices in cases in which a narrow band noise, i. H. an entrance noise, available is. In case of transmission via a frequency-selective Channel it improves the estimate the beginning of the OFDM symbols and it improves the frequency error for the Case that the noise power added to the channel by the signal varies with frequency, d. H. in the event that the channel contains colored noise. One Another of the advantages of this method is that it is the estimate a sampling frequency error, which increases linearly with the frequency and which is not conventional with appreciated the complete signal can be, and it's the estimate a frequency error in the analog translation with respect to the use of the complete received signal for the estimation improved. It also allows the simultaneous estimation of the Frequency error in the analog translation and leads the estimate the beginning of the OFDM symbols as well as the calculation of the frequency error in the scan, when detected in two or more frequency bands or ranges, including in cases where the use of a full signal is no result supplies. After all The method of the present invention simplifies the improvement the results of the estimation the beginning of the OFDM signal and the frequency error in case that the detection of the synchronization sequence in more than one Frequency band is reached, with the help of combining the estimate, the one gets in each frequency and using an average or a weighted average linear regression.

Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung erfolgt die Aufschlüsselung des empfangenen Signals in Frequenzbänder oder -bereiche durch Anwenden eines Bandpassfilters, das in jedem der Frequenzbänder zentriert ist, einer Frequenztranslation der gefilterten Signale, um in jedem Band im Basisband zu arbeiten, und wahlweise eines Dezimators, um die Komplexität der Elektronik zu vereinfachen, die erforderlich ist, um die Synchronisationssequenz zu erfassen.At the Method of the present invention is the breakdown the received signal into frequency bands or bands by applying a bandpass filter centering in each of the frequency bands is, a frequency translation of the filtered signals to in each Band to work in baseband, and optionally a decimator to the complexity to simplify the electronics required to synchronize the sequence to capture.

Ein weiterer Weg, diese Aufschlüsselung auszuführen, besteht darin, die Synchronisationssequenzen gleichzeitig mit Hilfe einheitlicher und dezimierter DFT-Filter (DFT – Diskrete Fourier-Transformation) mit der Komplexität eines Prototyp-Bandpassfilters und einer diskreten Fourier-Transformation (DFT) zu filtern.One there is another way to do this breakdown in it, the synchronization sequences simultaneously using uniform and Decimated DFT Filter (DFT - Discrete Fourier Transform) with the complexity a prototype bandpass filter and a discrete Fourier transform (DFT).

Beim Verfahren, das in dieser Erfindung beschrieben ist, erfolgt die Erfassung der Synchronisationssequenz in jedem der Frequenzbänder- oder bereiche mit Hilfe der Maximierung der Maximalwahrscheinlichkeit, die herkömmlich bekannt ist, so dass die Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole von der Berechnung der maximalen Zeitkorrelation der Abtastungen in jedem Band ausgeführt wird, wobei dieses Maximum der Mittelpunkt im flachen Bereich für die Korrelationsspitze wird, deren Größe in der Zahl der Abtastungen gleich der Zahl der Abtastungen des zyklischen Präfix' ohne Zwischensymbol-Interferenz (ISI) ist, worauf der Winkel dieser Korrelation in dem Moment, der als maximale Korrelation bestimmt wird, in jedem der Frequenzbänder berechnet wird, um so eine Schätzung des Frequenzfehlers zu erreichen und die Oszillatoren auf einen gemeinsamen Bezugspunkt einzustellen.At the The method described in this invention is the Detecting the synchronization sequence in each of the frequency bands or areas with the help of maximizing the maximum probability, the conventional is known, so the estimate the beginning of the OFDM symbols from the calculation of the maximum time correlation the samples in each band is executed, this maximum becomes the midpoint in the flat region for the correlation peak, their size in number the samples equal the number of samples of the cyclic prefix 'without intersymbol interference (ISI) is what the angle of this correlation at the moment, the is determined as the maximum correlation calculated in each of the frequency bands, such an estimate of the frequency error and the oscillators on one set common reference point.

Das Korrelationsmaximum wird berechnet, indem die Korrelationsspitzen erfasst werden, die einen Leistungsschwellenwert in jedem der Frequenzbänder- oder Bereiche im empfangenen Signal überschreiten, und indem der Wert dieses Schwellenwertes fixiert wird, um die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Falschwarnmeldungen zu minimieren, wobei die Korrelation mit Hilfe des folgenden Algorithmus berechnet wird:

Figure 00060001
und die Leistung mit Hilfe des folgenden Algorithmus berechnet wird:
Figure 00060002
wobei ri,d das Signal entsprechend der Frequenz ist, die dem Index i im Moment d entspricht, L die Zahl der Abtastungen im Halbsymbol ist, Pi(d) die Korrelation im i-ten Band im Moment d ist und Ri(d) die Leistung im i-ten Band im Moment d ist.The correlation maximum is calculated by detecting the correlation peaks that exceed a power threshold in each of the frequency bands or ranges in the received signal and the value of this threshold In order to minimize the likelihood of false alarm generation, the correlation is calculated using the following algorithm:
Figure 00060001
and the power is calculated using the following algorithm:
Figure 00060002
where r i, d is the signal corresponding to the frequency corresponding to the index i at the moment d, L is the number of samples in the half-symbol, Pi (d) is the correlation in the i-th band at the moment d, and Ri (d) the power in the ith band is d at the moment.

Die Berechnung der Korrelation und der Leistung erfolgt iterativ, wobei die Abtastungen und vorzugsweise die Teilprodukte gespeichert werden, um die Korrelation und die Leistung durch folgende Formel zu berechnen: Pi(d) = Pi(d – 1) + ri,dr*i,d-L – ri,d-Lr*i,d-2L Ri(d) = Ri(d – 1) + 12 |ri,d|2 – 12 |ri,d-2L|2 wobei Pi(d) die Korrelation im i-ten Frequenzband im Moment d ist, Ri(d) die Leistung im i-ten Band und im Moment d ist und ri,x das Signal entsprechend dem i-ten Band im Moment x ist.The calculation of correlation and power is iterative, storing the samples, and preferably the partial products, to calculate the correlation and power by the following formula: P i (d) = P i (d - 1) + r i, d r * i, dl - r i, dl r * i, d-2L R i (d) = R i (d - 1) + 1 2 | r i, d | 2 - 1 2 | r i, d-2L | 2 where P i (d) is the correlation in the i-th frequency band at the moment d, R i (d) is the power in the i-th band and at the moment d and r i, x is the signal corresponding to the i-th band at the moment x is.

Der Moment der Erfassung der Synchronisationssequenz wird als Mittelpunkt des Bereiches genommen, der 90% der maximalem Korrelation überschreitet, während eine adäquate Zahl von Abtastungen verzögert wird, um die Interferenz zwischen Symbolen auf ein Minimum zu reduzieren, und die Anzahl der Abtastungen einstellbar ist.Of the Moment of capturing the synchronization sequence becomes the center of the range exceeding 90% of the maximum correlation, while an adequate one Number of samples delayed is used to reduce the interference between symbols to a minimum, and the number of samples is adjustable.

Da andererseits der reelle Teil der Korrelation den imaginären Teil beherrscht, besteht die Möglichkeit, lediglich den reellen Teil der Korrelation zu verwenden, um die Berechnung der Korrelation in jedem Frequenzband oder -bereich zu vereinfachen, wenn der Frequenzfehler geringer ist als ein bestimmter Schwellenwert.There on the other hand, the real part of the correlation is the imaginary part mastered, it is possible to to use only the real part of the correlation to the Calculate the correlation in each frequency band or band simplify if the frequency error is less than a certain one Threshold.

Um die Ergebnisse der Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole in jedem Frequenzband zu verbessern, kann man diese Ergebnisse als Durchschnitte oder gewichtete Durchschnitte kombinieren, so dass die finale Schätzung zuverlässiger sein wird und eine geringere Schwankung aufweist, als das, was mit Hilfe des vollständig empfangenen Signals ohne Trennung in den Bereichen erzielt wird.Around the results of the estimation to improve the beginning of the OFDM symbols in each frequency band, You can get these results as averages or weighted averages combine so that the final estimate will be more reliable and less fluctuation than what with help completely received signal without separation in the areas is achieved.

Das Trennen der Frequenzbänder verbessert die Berechung des Frequenzfehlers bei der analogen Translation durch Verringern der Schwankung, wenn die Durchschnitte oder die gewichteten Durchschnitte der Fehlerwerte verwendet werden, die in jedem der Frequenzbänder berechnet werden.The Disconnect the frequency bands improves the calculation of the frequency error in the analogue translation by reducing the fluctuation when the averages or the weighted averages of the error values used in each of the frequency bands be calculated.

Weiterhin gestattet die Trennung der Frequenzbänder die Schätzung eines Fehlers in der Abtastfrequenz mit Hilfe einer linearen Regression der Werte der Fehler, die man in jedem Band erhält, wobei dieser Fehlerwert nicht herkömmlich mit Hilfe des vollen empfangenen Signals geschätzt werden kann, da der Fehler in der Abtastfrequenz mit der Frequenz zunimmt.Farther the separation of the frequency bands allows the estimation of a Error in the sampling frequency using a linear regression the values of the errors received in each band, this error value not conventional can be estimated with the help of the full received signal, since the error in the sampling frequency increases with frequency.

Schließlich, und Dank der Trennung in Bänder, können der Fehler bei der analogen Frequenztranslation und der Fehler in der Abtastfrequenz gleichzeitig geschätzt werden.Finally, and Thanks to the separation into bands, can the error in the analog frequency translation and the error in the sampling frequency are estimated simultaneously.

Andererseits kann das Verfahren in dieser Erfindung ebenfalls verwendet werden, wenn Koexistenzsymbole übertragen werden, wobei diese beim Empfang mit Hilfe der Bandtrennung erfasst und in jedem dieser Bänder mit dem Ziel erfasst werden, es dem System zu gestatten zu erkennen, ob ein weiteres eine bestimmte Sequenz im Kanal übertragen hat, oder nicht.on the other hand the process can also be used in this invention when transmitting coexistence symbols be detected, which detects the reception by means of the band separation and in each of these bands with the aim of allowing the system to recognize whether another has transmitted a certain sequence in the channel or not.

Die folgenden Zeichnungen dienen dazu ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, und obwohl sie einen integralen Teil der detaillierten Beschreibung und der Ansprüche bilden, stellen sie eine veranschaulichende, jedoch nicht eingeschränkte Darstellung der Prinzipien dieser Erfindung bereit.The The following drawings serve to better understand the to enable the present invention and although it is an integral part of the detailed description and the claims constitute an illustrative but not limited representation the principles of this invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt eine beispielhafte Spektraldichte der Signalleistung und des Rauschens beim Empfang in einem speziellen Szenario. 1 shows an exemplary spectral density of signal power and noise in reception in a particular scenario.

2 zeigt graphisch eine der Einrichtungen zum Ausführen der Unterteilung in Frequenzbänder- oder Bereiche unter Verwendung einheitlicher und dezimierter, diskreter Fourier-Transformations-(DFT-)Filter. 2 Figure 4 shows graphically one of the means for performing division into frequency bands or ranges using uniform and decimated discrete Fourier transform (DFT) filters.

3 zeigt graphisch ein typisches Korrelationsszenario und die Leistung, die mit einem Schwellenwert multipliziert wird, der bei den Abtastungen beginnt, die man beim Empfang erhält. 3 Figure 4 shows graphically a typical correlation scenario and the power multiplied by a threshold starting from the samples received on reception.

4 zeigt des Verhalten des Fehlers in der Abtastfrequenz und des Fehlers in der analogen Translationsfrequenz. 4 shows the behavior of the error in the sampling frequency and the error in the analog translation frequency.

BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF AN EMBODIMENT OF THE INVENTION

Dieser Abschnitt gibt eine Beschreibung eines Beispiels einer Ausführungsform der Erfindung an, wobei auf die Numerierung Bezug genommen wird, die in den Zeichnungen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert.This Section gives a description of an example of an embodiment of the invention, reference being made to the numbering, which is used in the drawings. The present invention is defined by the features of claim 1.

Sämtliche Kommunikationssysteme oder wenigstens ein Teil des Kommunikationssystems, wie etwa der Synchronisationsblock, erfordern einen minimalen Signalrauschabstand (SNR), um in der Lage zu sein zu funktionieren, d. h. es ist notwendig, dass das empfangene Signal einen bestimmten Wert im Bezug auf den Rauschwert in der Leitung hat, so dass das System die Kommunikation ausführen kann. Ein minimaler SNR kann nicht die gesamte Bandbreite erreichen, die vom System in Kommunikationssystemen mit einem frequenzselektiven Kanal oder in Systemen, in denen das Rauschen von der Frequenz abhängig ist, oder in beiden verwendet wird, da es eine bestehende Kanalabschwächung oder den Rauschpegel gibt, wobei er jedoch einige Frequenzbereiche in der gesamten Bandbreite erreichen kann. Das Verfahren, das in dieser Erfindung beschrieben ist, nutzt diesen Umstand, um Schätzungen und eine Synchronisation in derartigen Szenarios zu berechnen.All Communication systems or at least part of the communication system, such as about the sync block, require a minimum signal to noise ratio (SNR) in order to be able to work, d. H. it is necessary that the received signal has a certain value with respect to the noise value in the line so that the system can carry out the communication. A minimal SNR can not reach the entire bandwidth that from the system in communication systems with a frequency-selective Channel or in systems where the noise is frequency dependent, or used in both, as there is an existing channel attenuation or the noise level, but with some frequency ranges in can reach the entire bandwidth. The procedure that is in this Invention uses this circumstance to estimates and calculate a synchronization in such scenarios.

1 zeigt die Spektraldichte der Signalleistung und das Rauschen am Rezeptoreintritt in einer bestimmten Situation. In diesem Fall ist ein durchschnittlicher SNR über die gesamte Bandbreite 0 dB, der für die Kommunikation nicht ausreichend ist, aber es ist zu erkennen, dass in speziellen Frequenzbereichen die Leistungsdichte des Signals höher ist als das Rauschen, weshalb in diesen Bereichen eine Kommunikation möglich ist. Infolge des Verhaltens des Kanals in derartigen Situationen können klassische Verfahren entweder die Synchronisation nicht erreichen, oder sie erreichen sie mit sehr geringer Qualität. Dieser Kanaltyp ist bei Systemen sehr gebräuchlich, die das Stromnetz als Übertragungsmedium nutzen. Das Verfahren, das in dieser Erfindung beschrieben ist, nimmt die Unterteilung in unterschiedliche Frequenzbereiche (mit Hilfe der Filterung beim Empfang) vor und arbeitet an jedem dieser Signale separat. Bei der Mehrheit von Situationen ist die Synchronisation notwendig, um ein spezielles Signal in jedem der Frequenzbänder zu senden, wobei die Möglichkeit der Synchronisation in einem beliebigen der Bänder die Ergebnisse verbessert. Es reicht infolge einer speziellen Eigenschaft dieses Modulationstyps nicht aus, ein OFDM-Signal zu senden, wobei sich mehrere Träger, die einmal getrennt wurden, zu Bändern rückgruppieren können. Um das Signal in Bänder zu trennen, kann ein Bandpassfilter, das in jedem der Frequenzbänder zentriert ist, verwendet werden. Weiterhin muss das Signal demoduliert, um es zum Basisband zu nehmen, und dezimiert werden, da, wenn dies nicht geschieht, die Frequenz in jedem Band dieselbe sein wird, wie die im Ursprungssignal und sich die gesamte Komplexität durch die Zahl der Bänder multiplizieren wird. Alle diese Vorgänge können simultan ausgeführt werden und verwenden einheitliche und dezimierte DTF-Filterbänke (DTF – Diskrete Fourier-Transformation), was nach dem Stand der Technik ein hinlänglich bekanntes Verfahren ist. In diesem Fall sind die Filterbänke so komplex wie ein Prototyp-Bandpassfilter (das sich, wie zuvor erwähnt, in jedem Frequenzband befindet), wobei dieses mit einer DFT verwendet wird. Dieser Aufbau ist in 2 zu sehen, bei dem die Filter Ei(z) der Mehrphasen-Zerlegung des Prototypfilters entsprechen, wobei i = 0, 1... M – 1 ist, wobei M die Zahl der Bänder ist, in denen das empfangene Signal x(n) zerlegt wird, 1 eine Abtastverzögerung von (z–1) und 2 ein Dezimator für M ist. Die Zerlegung des Eintrittssignals in M Frequenzbändern tritt am Ausgang zur inversen Fourier-Transformation (IDFT) 3 auf, wobei jedes der Frequenzbänder eine Abtastfrequenz hat, die M-mal geringer ist als jene des Eintrittssignals. M ist zudem die Zahl von Punkten in der IDFT. Von diesem Punkt des Systems wird jedes der M Signale unabhängig behandelt und werden die Schätzungen für jedes einzelne dieser Bänder separat ausgeführt. Die Komplexität gleicht jener, die oben beim Ausführen der Schätzungen für das Ursprungssignal erzielt werden, da wir M Signale haben, die Master-Frequenz für jedes einzelne jedoch durch M geteilt wurde. Weiterhin können einige der Bänder (Teilbänder) eliminiert werden, wenn sie keine Informationen enthalten, wodurch die Komplexität weiter verringert wird. 1 shows the spectral density of the signal power and the noise at the receptor entrance in a certain situation. In this case, the average bandwidth over the entire bandwidth is 0 dB, which is insufficient for communication, but it can be seen that in specific frequency ranges, the power density of the signal is higher than the noise, so communication is possible in these areas , Due to the behavior of the channel in such situations, classical methods can either fail to achieve synchronization or achieve very low quality. This type of channel is very common in systems that use the power network as a transmission medium. The method described in this invention divides into different frequency ranges (using filtering on reception) and operates separately on each of these signals. In the majority of situations, synchronization is necessary to send a special signal in each of the frequency bands, with the possibility of synchronization in any of the bands improving the results. It is not sufficient to transmit an OFDM signal due to a special property of this type of modulation, where multiple carriers that have once been separated can regroup to bands. To separate the signal into bands, a bandpass filter centered in each of the frequency bands may be used. Furthermore, the signal must be demodulated to take it to the baseband and decimated, since if not, the frequency in each band will be the same as that in the source signal and the total complexity will multiply by the number of bands. All of these operations can be performed simultaneously using uniform and decimated DTF (Discrete Fourier Transform) filter banks, which is a well-known technique in the art. In this case, the filter banks are as complex as a prototype bandpass filter (which, as mentioned earlier, is in each frequency band), which is used with a DFT. This construction is in 2 in which the filters Ei (z) correspond to the polyphase decomposition of the prototype filter, where i = 0, 1 ... M-1, where M is the number of bands in which the received signal x (n) 1 is a sampling delay of (z -1 ) and 2 is a decimal for M. The decomposition of the input signal into M frequency bands occurs at the output for inverse Fourier transform (IDFT) 3, wherein each of the frequency bands has a sampling frequency that is M times lower than that of the input signal. M is also the number of points in the IDFT. From this point on the system, each of the M signals is handled independently and the estimates for each of these bands are performed separately. The complexity is similar to that obtained above when making estimates for the original signal, since we have M signals, but the master frequency has been divided by M for each one. Furthermore, some of the bands (subbands) can be eliminated if they contain no information, further reducing complexity.

Die Festlegungen für den Prototypfilter hängen von der speziellen Anwendung ab, für die das Verfahren, das in dieser Erfindung beschrieben ist, verwendet wird. Einige Beispiele derartiger Anwendungen beinhalten die Schätzung von Signalparametern, die Erfassung von Koexistenzsignalen oder die Erfassung der Gleichlaufsignale.The Definitions for hang the prototype filter from the special application for which the procedure described in described in this invention is used. Some examples Such applications involve the estimation of signal parameters, the detection of coexistence signals or the detection of the synchronizing signals.

Eine weitere dieser Anwendungen ist die Synchronisation in OFDM-Systemen. Die Mehrheit der Synchronisationsverfahren für OFDM-Signale verwendet das Signal in der Zeit, um diese Funktion auszuführen, und schlagen somit in Situationen, wie etwa jenen, die in 1 dargestellt sind, fehl.Another of these applications is synchronization in OFDM systems. The majority of the synchronization techniques for OFDM signals use the signal in time to perform this function, and thus strike in situations such as those described in US Pat 1 are shown, fail.

Es sind insbesondere diese Fälle, in denen die Verwendung des Aufbaus, der in 2 gezeigt ist, die Synchronisation verbessern kann. Bei jedem der Frequenzbänder, in die das Signal geteilt wird, kann man eines der Verfahren anwenden, das nach dem Stand der Technik beschrieben ist, wobei eine korrekte Synchronisation in einem Band ausreichend ist, um den Demodulationsvorgang beim Empfang zu beginnen, abhängig vom Typ der verwendeten Modulation.In particular, these cases are those in which the use of the structure described in 2 is shown, which can improve synchronization. In each of the frequency bands into which the signal is divided, one can employ one of the methods described in the prior art, where correct synchronization in a band is sufficient to start the demodulation process on reception, depending on the type of the signal used Mo dulation.

Wenn der SNR ausreichend hoch ist, so dass unterschiedliche Bänder synchronisiert werden, dann haben wir gleichzeitig unterschiedliche Schätzungen des Beginns des Symbols und des Frequenzfehlers, weshalb Techniken, wie etwa das Kombinieren von Ergebnissen zur Verbesserung der abschließenden Schätzung angewendet werden können.If the SNR is sufficiently high so that different bands are synchronized then we have different estimates at the same time the beginning of the symbol and the frequency error, which is why techniques such as combining results to improve the final estimate can be.

Das Ergebnis ist ein Verfahren zur Synchronisation mit einer Frequenzvielfalt, hoch widerstandsfähig gegen Schmalbandrauschen, einer Kanalselektivität und einem Leistungsrauschen in Abhängigkeit der Frequenz, das in typischen Kanälen verwendet werden kann, einschließlich jenen, in denen der SNR geringer als –10 dB über das gesamte Band ist. Das einzige notwendige Erfordernis besteht darin, dass der SNR in einem der Frequenzbänder oder -bereiche ausreichend ist, um das Synchronisationssignal zu erfassen, das in diesem Band verwendet wird.The Result is a method of synchronization with a frequency diversity, highly resistant against narrow band noise, channel selectivity and power noise in dependency of Frequency, that in typical channels can be used, including those in which the SNR is lower as -10 dB over the whole band is. The only necessary requirement is in that the SNR is sufficient in one of the frequency bands or ranges is to capture the synchronization signal contained in this band is used.

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, kann dieses Verfahren beispielsweise zusammen mit dem Synchronisationsverfahren angewendet werden, das in der spanischen Patenteinreichung 200.101.121 beschrieben ist, die einen ”Vorgang zur Downstream-Synchronisation von mehreren Benutzern in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Übertragungssystem mit OFDM-Modulation” betrifft.For best results, for example, this method can be used in conjunction with the synchronization method used in the Spanish patent application 200.101.121 which relates to a "process for downstream synchronization of multiple users in a point-to-multipoint transmission system with OFDM modulation".

In diesem Fall ist das zu sendende Signal dasselbe wie beim besagten Patent, d. h. zwei identische Synchronisationssymbole, infolge der Tatsache, dass diese Eigenschaft beibehalten wird, wenn das Signal in den Frequenzbändern zerlegt wird. Ein Aufbau, wie etwa jener, der in 2 gezeigt ist, befindet sich im Rezeptor, und anschließend werden die Leistung und die Korrelationsmetriken wie beim oben er wähnten Patent berechnet, mit der Ausnahme, dass bei diesem vorliegenden Fall die Grenzen sämtlicher Summen durch M geteilt werden, wobei M der dezimierte Wert des Eintrittsignals oder anders gesagt die Zahl der Bänder ist.In this case, the signal to be transmitted is the same as in said patent, ie two identical synchronization symbols, due to the fact that this property is maintained when the signal in the frequency bands is decomposed. A construction, such as the one in 2 is located in the receptor and then the power and correlation metrics are calculated as in the patent mentioned above, except that in this case the boundaries of all sums are divided by M, where M is the decimated value of the input signal or in other words, the number of bands is.

Dank der Trennung der Frequenz in Bänder ist es möglich, unterschiedliche Schätzungen mit Hilfe lediglich eines Synchronisationssymbols auszuführen, und es besteht die Möglichkeit, gute Synchronisationsergebnisse selbst dann zu erzielen, wenn lediglich ein Synchronisationssymbol als eine Synchronisationssequenz verwendet wird.thanks the separation of the frequency into bands is it is possible different estimates with the help of just one synchronization symbol, and there is a possibility to achieve good synchronization results even if only uses a synchronization symbol as a synchronization sequence becomes.

In diesem Fall besteht die Synchronisationssequenz aus lediglich dem Synchronisationssymbol, das in zwei gleiche Hälften geteilt ist. Die Informationen, die in den Trägern übertragen werden, die in den Synchronisationssymbolen verwendet werden, können eine festgelegte oder eine pseudozufällige Sequenz haben. Die ungeradzahligen und geradzahligen Träger in den OFDM-Symbolen werden auf Null eingestellt, um die Symmetrie zu haben, die in den Synchronisationssymbolen erforderlich ist.In In this case, the synchronization sequence consists of only the Synchronization symbol divided into two equal halves. The information, which transmitted in the carriers can be used in the synchronization symbols, a fixed or a pseudorandom one Have sequence. The odd and even carriers in the OFDM symbols are set to zero to have the symmetry which is required in the synchronization symbols.

Die Eigenschaften des Synchronisationssymbols und insbesondere dessen Symmetrie werden beibehalten, wenn die Bänder beim Empfang getrennt werden, wobei uns dies gestattet, mehrere Synchronisationsergebnisse zu haben, die eine Verbesserung ihrer Präzision gestatten.The Properties of the synchronization symbol and in particular its Symmetry is maintained when the tapes are disconnected on reception We are allowed to do several synchronization results, and this allows us to do so having an improvement in their precision.

Jeder beliebige andere Typ der Synchronisationssequenz (im Bezug auf die Zahl der gesendeten Symbole) und des Verfahrens der Erfassung kann dasselbe Verfahren, wie es zuvor beschrieben wurde, nur dann verwenden, wenn die Eigenschaften des Synchronisationssymbols beibehalten werden, wenn die Bandtrennung ausgeführt wird.Everyone any other type of synchronization sequence (in relation to the Number of sent symbols) and the method of detection may be the same Use methods as described above only if the properties of the synchronization icon are preserved when the band separation is executed becomes.

Somit besteht die Möglichkeit, die folgenden Schätzungen in jedem einzelnen der Intervalle zu verwenden, wie es oben im US-Patent 5732113 ”Timing and frequency synchronisation of OFDM-Signals” erwähnt ist, und diese zu kombinieren, um Schätzungen mit einer verringerten Schwankung mit Hilfe nur eines Symbols als Synchronisationssequenz zu erhalten:

Figure 00130001
wobei ri,d der Ausgang in der i-ten Verzweigung des Filterbandes im Moment d, L die Zahl von Abtastungen im Halbsymbol dividiert durch M, M die Zahl der Bänder, in die das Signal unterteilt ist, Pi(d) die Korrelation der i-ten Verzweigung im Moment d und Ri(d) die Leistung in der Verzweigung im Moment d ist. In einer ähnlichen Weise kann man damit fortfahren, die Formeln iterativ anzuwenden. Pi(d) = Pi(d – 1) + ri,dr*i,d-L – ri,d-Lr*i,d-2L Ri(d) = Ri(d – 1) + 12 |ri,d|2 – 12 |ri,d-2L|2 Thus, it is possible to use the following estimates in each of the intervals, as described above U.S. Patent 5,732,113 "Timing and frequency synchronization of OFDM signals" is mentioned, and to combine these to obtain estimates with a reduced fluctuation using only one symbol as a synchronization sequence:
Figure 00130001
where r i, d is the output in the i-th branch of the filter band at the moment d, L is the number of samples in the half symbol divided by M, M is the number of bands into which the signal is divided, Pi (d) is the correlation of i-th branch at the moment d and Ri (d) is the power in the branch at the moment d. In a similar way, one can continue to iteratively apply the formulas. P i (d) = P i (d - 1) + r i, d r * i, dl - r i, dl r * i, d-2L R i (d) = R i (d - 1) + 1 2 | r i, d | 2 - 1 2 | r i, d-2L | 2

Sobald die Korrelation und die Leistung berechnet sind, wird die Synchronisation erfasst, wie es beim Patent zuvor beschrieben wurde, wobei der Unterschied darin besteht, dass wir nun unterschiedliche Bänder haben, die durch eine Synchronisation beeinflussbar sind. 2 zeigt einen typischen Fall, bei dem die Synchronisation erzeugt wird, wenn die berechnete Leistung den Korrelationsschwellenwert überschreitet. In dem Fall, in dem unterschiedliche Bänder synchronisiert werden, ist die am besten geeignete Schätzfunktion der Durchschnitt der Schätzungen des Beginns des Symbols. Es muss darauf hingewiesen werden, dass jede der Schätzungen separat eine Auflösung hat, die infolge des Dezimators M-mal geringer ist als die globale Schätzung, aber dass die Abweichung bei der finalen Schätzung besser ist als bei den vorherigen Verfahren, wenn der Durchschnitt verwendet wird.Once the correlation and the power are calculated, the synchronization is detected, as described in the patent above, the difference being that we now have different bands that can be influenced by synchronization. 2 shows a typical case where the synchronization is generated when the calculated power exceeds the correlation threshold. In the case where different bands are synchronized, the most appropriate estimator is the average of the guess tongues of the beginning of the symbol. It should be noted that each of the estimates separately has a resolution M times less than the global estimate due to the decimator, but that the deviation in the final estimate is better than the previous methods when the average is used ,

Auf dieselbe Weise kann der Abtastfrequenzfehler aus dem Korrelationswinkel im optimalen Moment im Fenster berechnet werden, wobei fi für die zentrale Frequenz im Band (Teilband) eingesetzt wird.In the same way, the sampling frequency error can be calculated from the correlation angle at the optimal moment in the window, where f i is used for the central frequency in the band (subband).

Figure 00140001
Figure 00140001

Wobei ∠(.) der Winkelparameter, fi die zentrale Frequenz im i-ten Band, K die Interpolationsgröße oder der Dezimator und N die Zahl der Abtastungen im OFDM-Symbol ist.Where ∠ (.) Is the angle parameter, f i is the central frequency in the ith band, K is the interpolation size or decimator, and N is the number of samples in the OFDM symbol.

In Abhängigkeit des Fehlertyps, der durch das System in dieser Erfindung eingeführt wird, schätzt man entweder den Frequenzfehler bei der Translation zum analogen Band, den Abtastfrequenzfehler oder beide. Die Ergebnisse, die man in jedem Band erhält, werden auf die eine oder die andere Weise in Abhängigkeit des Fehlertyps kombiniert, den wir schätzen müssen.In dependence The type of error introduced by the system in this invention is appreciated either the frequency error in translation to the analog band, the sampling frequency error or both. The results you get in each Receives ribbon, are combined in one way or another depending on the type of error, we appreciate have to.

Für den Fall, dass das System einen Frequenzfehler bei der Translation zum analogen Band hat, kann der Durchschnitt der Schätzungen in den unterschiedlichen Bändern als die Schätzung verwendet werden, wie es in 4 gezeigt ist (Fehlertyp 1), da der Fehler in allen Bändern derselbe ist. Wenn jedoch der Abtastfrequenzfehler berechnet werden soll (Fehlertyp 2), kann dieses Verfahren nicht unverzüglich verwendet werden, da der Wert in sämtlichen Bändern nicht derselbe ist, sondern anstelle dessen vom Ursprung der Koordinaten mit der Frequenz zunimmt, wie es in 4 gezeigt ist. Eine lineare Regression der Korrelationswinkel in jedem der Bänder (mit Hilfe der minimalen quadratischen Abweichung oder anderen bekannten mathematischen Verfahren) wird ausgeführt, um die Steigung dieser geraden Linie zu schätzen und eine bessere Schätzung zu erhalten, wobei dies unabhängig von den Bändern ausgeführt werden kann, die synchronisiert werden. Die Schätzung, die in der zuvor erwähnten spanischen Patenteinreichung dargestellt ist, wurde in den selektiven Frequenzkanälen infolge der Tatsache verringert, dass sie den Frequenzfehler in den Bändern maß, die eine geringere Abschwächung erfuhren. Mit diesem neuen Verfahren, verschwindet diese Reduzierung, da der Fehler in jedem Band unabhängig gemessen wird, wodurch die Schätzung des Fehlers verbessert wird. Die folgenden Formeln können verwendet werden, um diesen Fehler zu schätzen:

Figure 00150001
In the case where the system has a frequency error in translation to the analog band, the average of the estimates in the different bands may be used as the estimate, as in 4 is shown (error type 1) because the error is the same in all bands. However, if the sampling frequency error is to be calculated (error type 2), this method can not be used immediately because the value in all bands is not the same, but instead increases from the origin of the coordinates to the frequency as shown in FIG 4 is shown. A linear regression of the correlation angles in each of the bands (using minimum squared deviation or other known mathematical methods) is performed to estimate the slope of this straight line and obtain a better estimate, which can be done independently of the bands, which are synchronized. The estimate presented in the aforementioned Spanish patent application was reduced in the selective frequency channels due to the fact that it measured the frequency error in the bands experiencing less attenuation. With this new method, this reduction disappears because the error in each band is measured independently, which improves the estimation of the error. The following formulas can be used to estimate this error:
Figure 00150001

Wobei m das Ergebnis der linearen Regression der Schätzungen des unterschiedlichen Bandes und Δfs/fs der Abtastfrequenzfehler ist.Where m is the result of the linear regression of the different band estimates and Δf s / f s is the sampling frequency error.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens in dieser Erfindung besteht darin, dass es die Möglichkeit der gleichzeitigen Berechnung des Fehlers in der Abtastfrequenz und des Fehlers bei der Translation zum analogen Band (Fehlertyp 3) bietet, indem eine lineare Regression der gemessenen Fehler in jedem Band ausgeführt wird, um die Steigung (den Abtastfrequenzfehler) und den Schnittpunkt mit der vertikalen Achse (analoger Translationsfrequenzfehler) zu berechnen, wie es in 4 zu sehen ist. Mathematisch können diese Fehler berechnet werden durch:

Figure 00160001
Another advantage of the method in this invention is that it offers the possibility of simultaneously calculating the error in the sampling frequency and the error in the translation to the analog band (error type 3) by performing a linear regression of the measured errors in each band to calculate the slope (the sampling frequency error) and the intersection with the vertical axis (analog translation frequency error), as shown in 4 you can see. Mathematically, these errors can be calculated by:
Figure 00160001

Wobei n die Zahl der Schätzfunktionen, die die lineare Regression verwenden, Ts die Zeit des Symbols mit einem zyklischen Präfix und ΔfIQ der Fehler bei der Frequenztranslation im analogen Band ist. Den Abtastfrequenzfehler erhält man aus m, wie für den Fall, bei dem lediglich der Abtastfrequenzfehler auftritt.Where n is the number of estimators that use linear regression, T s is the time of the symbol with a cyclic prefix and Δf IQ is the error in the frequency translation in the analog band. The sampling frequency error is obtained from m, as in the case where only the sampling frequency error occurs.

Das Verfahren dieser Erfindung kann zudem für die Koexistenz-Signalgebung, d. h. für die Erfassung von Signalen angewendet werden, die verwendet werden, um ein Protokoll für die Koexistenz unterschiedlicher Technologien über das Übertragungsmedium zu implementieren. In diesen Protokollen werden spezielle Signale, die alle Systeme notwendigerweise senden und empfangen können müssen, verwendet, um eine angemessene Medienzugriffssteuerung zu implementieren, und müssen selbst in Zuständen eines sehr niedrigen SNR erfasst werden. Bei Übertragungsmedien, wie etwa dem Stromnetz oder Funk, besteht das zusätzliche Problem, dass diese Systeme gleichzeitig senden können, wenn die Abschwächung zwischen diesen ausreichend ist, damit die Signale des einen am anderen unter dem Rauschpegel eintreffen, wodurch sie füreinander unerfassbar gemacht werden. Koexistenzsignale dienen dazu zu bestimmen, ob zwei oder mehr Knoten (Geräte, die zu einem oder mehreren unterschiedlichen Kommunikationssystemen gehören können) gleichzeitig senden können, abhängig davon, ob das Signal eines Knotens durch den anderen mit mehr oder weniger Leistung als dem Rauschen für jede der Frequenzen empfangen wird, die bei der Kommunikation verwendet werden.The method of this invention can also be used for coexistence signaling, ie for the detection of signals used to implement a protocol for the coexistence of different technologies over the transmission medium. These protocols require special signals that all systems must necessarily be able to send and receive, used to implement adequate media access control, and must be detected even in conditions of very low SNR. The additional problem with transmission media, such as the power grid or radio, is that these systems can transmit simultaneously if the attenuation between them is sufficient to cause the signals of one at the other to be below the noise level, making them incomprehensible to one another. Coexistence signals are used to determine whether two or more nodes (devices that may belong to one or more different communication systems) can simultaneously transmit, depending on whether the signal of one node passes through the other with more or less power than the noise for each of the Receive frequencies used in communication.

Mit Hilfe der bekannten Verfahren, ist es sehr schwierig, diese Erfassung in Szenarios, wie etwa jenem auszuführen, das in 1 gezeigt ist, weshalb es angebracht ist, das Verfahren anzuwenden, das in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. In diesem Fall besteht die beste Option darin, unterschiedliche Signale auf unterschiedlichen Frequenzen zu senden (wobei die Zahl der Frequenzen von der Frequenzselektivität im Kanal abhängt), die beim Empfang unabhängig erfasst werden. Die Erfassung einer dieser Frequenzen ist ausreichend, um zu bestimmen, dass ein Knoten das Koexistenzsignal sendet. Um die unterschiedlichen Signale zu trennen, wird der Aufbau verwendet, der in 2 gezeigt ist.With the aid of the known methods, it is very difficult to carry out this detection in scenarios such as that described in US Pat 1 why it is appropriate to use the method described in the present invention. In this case, the best option is to transmit different signals at different frequencies (the number of frequencies depends on the frequency selectivity in the channel), which are detected independently on reception. The detection of one of these frequencies is sufficient to determine that a node is transmitting the coexistence signal. In order to separate the different signals, the structure used in 2 is shown.

Wenn die Modulation, die in einem der Systeme verwendet wird, das koexistieren muss, OFDM ist, ist es ausreichend, dass einige der Träger einen ausreichenden SNR haben, damit die Demodulation dieser Träger korrekt ist, Dank des guten Verhaltens dieses Typs der Modulation in diesem Typ frequenzselektiver Kanäle. Es besteht zudem die Möglichkeit, die Erfassung selbst dann auszuführen, wenn der SNR durchschnittlich oder negativ ist, sofern der korrekte Wert in einem der Bereiche bezogen werden kann, in dem das empfangene Signal unterteilt wurde. Wenn ein Koexistenzsignal, das die volle Bandbreite belegt, verwendet wird, um die Koexistenz zu implementieren, kann dies zum Umstand führen, dass dieses Signal nicht von einem Knoten erfasst wird, der die OFDM-Modulation verwendet, und zwei Knoten gleichzeitig den Kanal belegen, was zu einer Interferenz führt, da das Signal des einen nicht niedriger sein wird als der Rauschpegel, der beim Empfang auf allen Frequenzen im zweiten Knoten erfasst wird. Gemäß dem, was hier beschrieben ist, löst das Verfahren dieser Erfindung dieses Problem.If the modulation used in one of the systems that coexist must, OFDM is, it is sufficient that some of the carriers have a sufficient SNR have for the demodulation of these vehicles is correct, thanks to the good Behavior of this type of modulation in this type frequency-selective Channels. There is also the possibility of the Perform capture even then if the SNR is average or negative, provided the correct Value in one of the areas in which the received Signal was divided. If a coexistence signal that is the full Bandwidth occupied, used to implement coexistence, This may lead to the fact that This signal is not detected by a node, which is the OFDM modulation used, and two nodes simultaneously occupy the channel, leading to an interference leads, since the signal of the one will not be lower than the noise level, which is detected on reception at all frequencies in the second node. According to what described here, solves the process of this invention addresses this problem.

Claims (14)

Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation, das auf eine Zweiwege-Kommunikation über das Stromnetz zwischen unterschiedlichen Geräten anwendbar ist, die mit demselben Stromnetz verbunden sind, um so eine Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole beim Empfang und des Frequenzfehlers der lokalen Oszillatoren in den Geräten bereitzustellen, umfassend die Erzeugung von Synchronisationssequenzen, die über das Stromnetz übertragen werden, und das Senden dieser Synchronisationssequenzen über denselben Kanal, der für die Sendung der Daten verwendet wird, wobei der Kanal durch eine Verbindung zwischen einem Gerät und allen anderen Geräten bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: – Aufschlüsseln der empfangenen Signale, die die Daten und die Synchronisationssequenzen enthalten, in unterschiedliche Frequenzbänder oder -bereiche; – Erfassen der Synchronisationssequenzen in jedem Frequenzbereich oder -band beim Empfang durch Anwenden eines zeitlichen Synchronisationsalgorithmus', um in jedem Frequenzband den Beginn der OFDM-Symbole und den Frequenzfehler der lokalen Oszillatoren auf der Basis dieses Algorithmus' zu schätzen; – Kombinieren der Schätzungen, die man in jedem Frequenzband erhält.A time domain and frequency domain timing synchronization method in an OFDM modulation transmission system applicable to two-way communication over the power network between different equipment connected to the same power grid to provide an estimate of the start of OFDM modulation. To provide symbols for the reception and frequency error of the local oscillators in the devices, including the generation of synchronization sequences transmitted over the power network and the transmission of these synchronization sequences over the same channel used for the transmission of the data, the channel being controlled by a Connection between a device and all other devices is determined, characterized in that the method comprises: - Breaking down the received signals containing the data and the synchronization sequences in different frequency bands or areas; Detecting the synchronization sequences in each frequency band or band on reception by applying a temporal synchronization algorithm to estimate in each frequency band the beginning of the OFDM symbols and the frequency error of the local oscillators on the basis of this algorithm; Combining the estimates obtained in each frequency band. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschlüsseln des empfangenen Signals in Frequenzbänder oder -bereiche ausgeführt wird mit: einem Bandpassfilters, das in jedem der Frequenzbänder zentriert ist, einer Frequenztranslation jedes der gefilterten Signale, um im Basisband mit jedem Band zu arbeiten, und wahlweise einem Dezimator, um die Komplexität der Elektronik zu vereinfachen, die erforderlich ist, um die Synchronisationssequenz zu erfassen.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 1, characterized in that the breaking down of the received signal in frequency bands or ranges is provided with: a bandpass filter centered in each of the frequency bands is, a frequency translation of each of the filtered signals to in the Baseband to work with each band, and optionally a decimator, about the complexity to simplify the electronics required to complete the synchronization sequence capture. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlüsselung des empfangenen Signals gleichzeitig mit Hilfe einer dezimierten einheitlichen DFT-Filterbank, mit der Komplexität eines Prototyp-Bandpassfilters und einer Schaltung zur diskreten Fourier-Transformation (DFT) ausgeführt wird.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 1, characterized in that the breakdown of the received signal simultaneously with the help of a decimated uniform DFT filter bank, with the complexity of a prototype bandpass filter and a discrete Fourier transform (DFT) circuit. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlüsselung des empfangenen Signals mit Hilfe einer Schaltung zur diskreten Fourier-Transformation (DFT) ausgeführt wird.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 1, characterized in that the breakdown the received signal by means of a discrete circuit Fourier transform (DFT) is executed. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Synchronisationssequenzen in jedem der Frequenzbänder oder -bereiche mit Hilfe der Maximierung der Maximalwahrscheinlichkeitskriterien ausgeführt wird, um den Beginn der OFDM-Symbole zu schätzen, wobei mit der Berechnung der maximalen Zeitkorrelation der Abtastungen in jedem Band begonnen wird und dieses Maximum zum Mittelpunkt im flachen Bereich für die Korrelationsspitze wird, deren Größe der Anzahl der Abtastungen gleich der Zahl von Abtastungen des zyklischen Präfix' ohne Zwischensymbol-Interferenz, ISI, ist, worauf der Winkel dieser Korrelation in dem Moment berechnet wird, der als maximale Korrelation in jedem der Frequenzbänder bestimmt wird, um den Frequenzfehler zu schätzen und die Oszillatoren auf einen gemeinsamen Bezugspunkt zu justieren.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 1, characterized in that the detection of the synchronization sequences in each of the frequency bands or areas using the maximization of maximum likelihood criteria accomplished is used to estimate the beginning of OFDM symbols, using the calculation the maximum time correlation of the samples in each band has begun and this maximum becomes the midpoint in the shallow region for the correlation peak whose size is the number the samples equal to the number of samples of the cyclic prefix 'without intersymbol interference, ISI, is what the angle of this correlation calculates at the moment which is determined as the maximum correlation in each of the frequency bands is used to estimate the frequency error and the oscillators to adjust a common reference point. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrelationsmaximum berechnet wird, indem die Korrelationsspitzen erfasst werden, die einen Leistungsschwellenwert in jedem der Frequenzbänder oder -bereiche im empfangenen Signal überschreiten, und dadurch, dass der Wert dieses Schwellenwertes fixiert wird, um die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Falschwarnmeldungen zu minimieren, und die Korrelation mit Hilfe des folgenden Algorithmus berechnet wird:
Figure 00200001
und die Leistung berechnet wird durch:
Figure 00200002
wobei ri,d das Signal entsprechend der Frequenz ist, die dem Index i im Moment d entspricht, L die Zahl der Abtastungen im Halbsymbol ist, Pi(d) die Korrelation im i-ten Band im Moment d ist und Ri(d) die Leistung im i-ten Band im Moment d ist.A time domain and frequency domain synchronization method of multiple devices in an OFDM modulation transmission system according to claim 5, characterized in that the correlation maximum is calculated by detecting the correlation peaks representing a power threshold in each of the frequency bands or bands in the received signal and by fixing the value of this threshold to minimize the likelihood of false alarm generation, and calculating the correlation using the following algorithm:
Figure 00200001
and the performance is calculated by:
Figure 00200002
where r i, d is the signal corresponding to the frequency corresponding to the index i at the moment d, L is the number of samples in the half-symbol, Pi (d) is the correlation in the i-th band at the moment d, and Ri (d) the power in the ith band is d at the moment. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Korrelation und der Leistung iterativ erfolgt, wobei die Abtastungen und vorzugsweise die Teilprodukte gespeichert werden, um die Korrelation sowie die Leistung durch die folgende Formel zu berechnen: Pi(d) = Pi(d – 1) + ri,dr*i,d-L – ri,d-Lr*i,d-2L Ri(d) = Ri(d – 1) + 12 |ri,d|2 – 12 |ri,d-2L|2 wobei Pi(d) die Korrelation im i-ten Frequenzband im Moment d ist, Ri(d) die Leistung im i-ten Band und im Moment d ist und ri,x das Signal entsprechend dem i-ten Band im Moment x ist.Method for synchronization in the time and frequency domain of several devices in an OFDM modulation transmission system according to claim 6, characterized in that the calculation of the correlation and the power is carried out iteratively, wherein the samples and preferably the partial products are stored, the correlation and To calculate the performance by the following formula: P i (d) = P i (d - 1) + r i, d r * i, dl - r i, dl r * i, d-2L R i (d) = R i (d - 1) + 1 2 | r i, d | 2 - 1 2 | r i, d-2L | 2 where P i (d) is the correlation in the i-th frequency band at the moment d, R i (d) is the power in the i-th band and at the moment d and r i, x is the signal corresponding to the i-th band at the moment x is. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Moment der Erfassung der Synchronisationssequenzen als Mittelpunkt des Bereiches verwendet wird, der 90% der maximalen Korrelation überschreitet, während eine adäquate Anzahl von Abtastungen verzögert wird, um die Interferenz zwischen Symbolen auf ein Minimum zu reduzieren, und die Anzahl von Abtastungen einstellbar ist.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system with OFDM modulation according to claim 6, characterized in that the moment of acquisition of the synchronization sequences as the center of the range exceeding 90% of the maximum correlation, while an adequate one Number of samples delayed is used to reduce the interference between symbols to a minimum, and the number of samples is adjustable. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Frequenzfehler kleiner als der Schwellenwert ist, der zuvor fixiert wurde, lediglich der echte Teil der Korrelation in jedem Band verwendet wird.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 6, characterized in that if the frequency error is less than the threshold previously was fixed, only the real part of the correlation in each Band is used. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse der Schätzung des Beginns der OFDM-Symbole in jedem Frequenzband mit Hilfe von Durchschnitten oder gewichteten Durchschnitten kombiniert werden, um eine Schätzung mit geringerer Abweichung zu erhalten.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 1, characterized in that the results of the estimation the beginning of the OFDM symbols in each frequency band using averages or weighted ones Averages combined to give a lower deviation estimate to obtain. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchschnittsbildung der Fehler bei analoger Frequenztranslation ausgeführt wird, um die Abweichung der Fehlerwerte zu verringern, die in jedem der Frequenzbänder berechnet werden.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 1, characterized in that the averaging of the errors in analog frequency translation accomplished is to reduce the deviation of the error values in each the frequency bands be calculated. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastfrequenzfehler mit Hilfe einer linearen Regression der Werte der Fehler geschätzt wird, die man in jedem Band erhält, worauf die Anwendung der Trennung der Frequenzbänder hinsichtlich der Frequenz erfolgt.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 1, characterized in that the sampling frequency error by means of a linear regression of Values of errors estimated becomes, which one receives in each volume, followed by the application of the separation of the frequency bands in terms of frequency. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bänder hinsichtlich der Frequenz getrennt werden und der Fehler bei der analogen Frequenztranslation und der Fehler bei der Abtastfrequenz gleichzeitig geschätzt werden.A method for synchronization in the time and frequency domain of multiple devices in a transmission system with OFDM modulation according to claim 1, characterized in that the Bän are separated in frequency and the error in the analog frequency translation and the error in the sampling frequency are estimated simultaneously. Verfahren zur Synchronisation in der Zeit- und Frequenzdomäne mehrerer Geräte in einem Übertragungssystem mit OFDM-Modulation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Koexistenzsymbole, die beim Empfang mit Hilfe der Bandtrennung erfasst werden, in jedem einzelnen dieser Bänder übertragen und erfasst werden, wodurch es dem System gestattet ist zu erkennen, ob ein Weiterer eine bestimmte Sequenz im Kanal gesendet hat, oder nicht.Method for synchronization in the time and frequency domain of several equipment in a transmission system OFDM modulation according to claim 1, characterized in that Coexistence symbols that capture when receiving using the band separation be transmitted and recorded in each one of these bands, which allows the system to recognize if another sent a specific sequence in the channel or not.
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